A Pipeline Inspection Micro Robot Based on Screw Motion Wheels

The micro robot based on screw motion wheels, which features high payload/mass ratio, fast and continuous motion, adaptation to pipe diameter or roundness variations, is suitable for locomotion and inspection inside small diameter pipelines. The robot inspection system, Tubot I, developed at Shanghai University is composed of locomotion mechanism with an inner motor, a micro CCD camera and a monitor outside the pipeline. In the paper, the kinematics and statics analyses are presented for the screw locomotion system of Tubot I. The moving characteristics are obtained from experiments on the robot prototype.

Design of a Submarine Pipeline Inspection Robot System Based on CT Technology

With the rapid development of submarine oil and gas,the security issues of submarine oil and gas pipeline become increasingly prominent,and regular inspection of submarine pipeline is particularly important.Therefore,a submarine pipeline inspection robot system based on CT technology to solve the problems such as low traditional manual inspection efficiency,high labor cost,low security and backward inspection methods.Based on the platform of ROV robot,carrying CT scanner as an external detection device,the system is used for non-invasive inspection of submarine pipeline,which is safe and harmless,with good economy,high mobility,and strong environmental adaptability.Compared with traditional technology,CT scanner’s external inspection technology used in the system avoids the damage to the external protective layer of the pipeline in the measurement of pipeline wall thickness.Meantime,it can provide the tomography of the pipe wall and the composition of the sediment material on the inside wall,which fills the gap in this technical field in China.According to the test,the robot has the characteristics of stable adsorption,flexible movement,and clear pipeline CT scanning image,and can realize the intelligent inspection of submarine pipeline.

面向应用于林业采运输油管道检测的水下机器人的设计

为应用于林业采运输油管道的自主巡检,进行水下林业采运输油管道的定期巡检工作,设计了一款面向应用于林业采运输油管道检测的水下机器人。介绍了水下机器人的机械结构部分、控制部分、管道巡检部分设计。水下机器人使用的是STM32F407ZGT6单片机作为主控MCU,使用Open MV作为视觉电路板。经过实验验证,设计的水下机器人可以完成采运输油管道的巡检工作。

基于电磁超声的工业管道自驱式壁厚连续扫查内检测系统

腐蚀减薄是工业管道定期检验重点关注的损失模式,文中针对该问题研发了一种自驱式管道壁厚连续扫查内检测系统。文中设计了一种收发双线圈构型的电磁超声传感器,研制了自驱式管道内检测机器人与高裕量随动贴合的传感器搭载装置。在测试管道上开展了在线壁厚扫查实验,实验结果表明:自驱式电磁超声内检测系统在管道主要结构处均能稳定检测壁厚,检测数据可靠,缺陷定位准确,适用于传统外检测不可达等服役工况下钢质管道的壁厚动态测量。

一种矿用管道检测机器人设计及牵引性能分析

针对瓦斯抽采管道破损泄漏检测问题,设计了一种具有管道检测和运动控制功能的螺旋式矿用管道检测机器人,介绍了该机器人的结构和检测与控制系统方案。建立了机器人在管道中运行的力学分析模型,并通过动力学仿真研究了影响机器人牵引性能的因素,结果表明:机器人在管道内运行时的牵引力与管道材质、螺旋角、管壁与驱动轮之间法向力有关;机器人在不同材质的管道中运行时最佳螺旋角不同,在相同材质的管道中运行时,无介质运输情况下牵引力高于有介质运输情况;机器人牵引力随法向力的增大而增大,但最佳螺旋角无明显变化;随着螺旋角增大,牵引力先增大后减小,螺旋角为40°时牵引力最大。为提高机器人通过弯管时的性能,提出一种变螺旋角过弯策略,即机器人主动控制螺旋角随螺旋运动单元转动以正弦式规律变化,使管道内侧的螺旋角小于外侧。搭建机器人测试平台对矿用管道检测机器人进行测试,结果表明:机器人在直管中运行的最佳螺旋角为40°;可通过增加法向力来提升机器人的牵引性能;采用变螺旋角过弯策略时,机器人在弯管中的通过性能和平稳性优于定螺旋角过弯。

复杂干扰下的管沟机器人内外环滑模自抗扰控制

管沟机器人是一种运行在排水管道,公路排水渠的欠驱动差分移动机器人,针对管沟机器人在实际环境中受到的复杂环境干扰,为了使管沟机器人具有更好的运动控制性能,提出了一种内外环的滑模自抗扰控制方法;首先对管沟受到的复杂环境干扰进行分析,将管沟机器人受到的复杂环境干扰解耦成横向和纵向干扰,建立出在干扰情况下的运动学模型;依据理想运动学模型建立出外环的滑模控制器,得出理想控制律,依据干扰运动学模型建立扩张状态观测器,观测出环境干扰数值,从而建立内环的滑模控制器,利用观测值修正外环的理想控制律;同时利用Lyapunov稳定性原理对系统进行分析,最后搭建了Matlab的Simulink模型进行仿真验证,最终证明了所提出的方法具有较强的鲁棒性和运动控制性能。

极限环境下电缆管道智能巡检机器人自动化控制系统

为提升机器人自动化控制效果,该文设计极限环境下电缆管道智能巡检机器人自动化控制系统。利用传感器模块,实时采集机器人运行相关信息以及电缆管道环境信息;自动化控制模块依据实时采集的信息,得到机器人自动化控制量;以漏缆通信方式,设计无线通信模块,利用该模块传输控制量至电机驱动模块;电机驱动模块依据自动化控制量,生成自动化控制指令,驱动巡检机器人伺服电机,生成对应动作。实验证明,该系统可有效采集机器人运行相关信息,且信息传输效果较优,自动化控制后的机器人驱动轮角速度变化曲线较为平滑。

基于视觉与激光融合的柔性压裂管线检测机器人

柔性压裂管线作为一种新型压裂管汇,能有效提升压裂作业时管线连接效率。为了保障柔性压裂管线安全服役,并面向现场使用需求,研制了一种基于视觉与激光融合的柔性压裂管线检测机器人。机器人主要由爬行装置、视频检测装置、激光旋转检测装置和控制模块组成,并基于混合现实技术提高机器人检测交互体验。机器人通过视频检测和激光测量分别获得柔性压裂管线的图像信息与轮廓信息,在此基础上综合评估管线内部橡胶层磨损状况,从而有效预测和规避柔性压裂管线失效风险。最后,通过试制样机开展试验,验证了该机器人能够满足设计需求,具备较好的推广前景。

面向环形管道的电力巡检机器人设计与环境建图

在大型水电站中,离相封闭母线(isolated phase enclosed bus,IPB)只能通过预防性试验对设备状态进行检查,难以目视外观检查。为解决这种密闭狭小空间的环形管道的巡检困难问题,提出一种可在水平、竖直段上行走的轮式攀爬机器人。首先,对攀爬机器人移动和附着方式进行对比分析,根据实际工况,选用轮式推力附着方式并基于该方式对机器人整体结构进行力学分析;通过搭建的模拟IPB管道内的运动实验。结果表明:巡检机器人满足水电站内IPB管道的检修需求且具有良好的适应性;设计基于柱坐标的点云配准方法,解决了管道内无法正确建图的问题,且计算时间优于激光雷达里程计建图(lidar odometry and mapping,LOAM)及迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法,拓展了激光雷达点云建图的应用范围。

∅610管道检测机器人速度控制装置研究

针对目前常规管道检测机器人在大流速天然气管道内由于运行速度过快而导致无法应用的问题,提出利用速度控制装置对管道机器人进行主动调速。设计∅610管道机器人速度控制装置,并对其开展了静态试验、动态试验和工业试验研究。静态试验压力可到10 MPa,有效检验了速度控制装置泄流阀在高压运转情况下的密封性及动作准确性。动态试验结果表明:∅610速度控制装置泄流阀开启量在1/2区间对速度控制装置产生的压差影响最为明显,当泄流阀开启量超过2/3区间对速度控制装置产生的压差影响很小。工业试验针对带固定泄流孔的管道机器人启动力问题,测试了泄流阀开启固定泄流面积时的启动力,建立了泄流状态下机器人启动压差方程,并测试了速度控制装置的实际降速能力,为大口径、大流速工况下管道检测机器人的调速技术提供了理论和试验基础。

面向管道检测的连续体机器人主从控制研究

针对遥操作技术在连续体机器人应用中存在可移动性差、环境适应能力低与价格高昂等问题,提出一种连续体机器人主从控制方案。在常曲率圆弧假设下基于几何分析法建立连续体机器人的运动学模型,并在MATLAB软件中采用蒙特卡罗法对其工作空间进行仿真分析;建立主手关节空间与从手关节空间之间的映射模型,并提出一种基于主从映射模型的连续体机器人控制方法;最后搭建连续体机器人样机平台,分别通过运动控制实验、主从跟随实验和模拟管道通过实验对建立的运动学模型和主从控制方法进行验证。实验结果表明:连续体机器人具有较好的轨迹控制性能,验证了主从控制方法的有效性和准确性,满足了连续体机器人在管道内检测过弯的控制需求。

雨污输配管线自动巡检技术的研究

为了提高雨污管道巡检的效率和精度,本文通过介绍雨污管道声呐检测、复杂环境下的两栖机器人运动自动化控制、雨污管道图像处理与巡检,提出了基于两栖机器人的自动化巡检方案。研究结果表明,基于两栖机器人的雨污管道自动化巡检技术具有较高的可行性和实用性。通过两栖机器人的结构设计、控制策略和图像处理技术的综合应用,可以实现管道巡检的高效、精准和自动化,为城市排水系统的维护和管理提供了一种新的解决方案。

小口径管道内检测机器人国外研究进展

小口径管道在油田集输和注入系统大量应用,通过定期有效进行埋地管道内检测,并及时发现管道内部缺陷和潜在风险,对安全生产运行具有重要意义。结合适用于小口径管道的不同类型内检测机器人最新研究进展,综合对比分析各种类型机器人结构特点及在不同管道内适用情况,并指出其结构性能的优势与不足,为进一步研究适用于油田小口径管道高效、稳定的内检测机器人提供参考。

燃气管网巡检机器人控制系统的设计与研究

针对燃气管道传统巡检方法存在巡检效率低、漏检误检现象严重、劳动强大等问题,设计基于中央处理器的燃气管道巡检机器人控制系统。首先,根据燃气管道实际工况,重点分析了巡检机器人硬件、软件设计方案;然后,以PCM3365E-S3A2中央处理器为核心,经CAN总线通信接收并处理环境、本体数据,分析并综合决策后控制巡检机器人运动;最后,完成实验与测试。结果表明,设计并实现的燃气管道巡检机器人的移动能力、感知能力、运动控制能力强,能够满足燃气管道日常巡检任务要求,提升了巡检效率,降低了漏检误检率,减轻了巡检工劳动强度。

直轮驱动式自适应管道机器人通过性能研究

提出一种具有良好越障性能的直轮驱动式自适应管道机器人。首先建立机器人越障的动力学模型,并通过分析得出影响机器人越障的主要因素,然后对机器人通过环形障碍物的状态进行仿真分析,最后搭建实验平台,进行实验验证。研究表明:该机器人能够稳定越过障碍,且满足设计要求;管道机器人的质心会一直保持在管道的中心轴线上,而相应的3个驱动部分的质心会呈120°对称分布管道中心轴线周围,机器人最大越障高度为6mm;越障时,机器人的电机转矩随越障高度的增大而增加,但实际电机转矩始终小于电机最大转矩。直轮驱动式自适应管道检测机器人能在内径(160~180)mm左右的管道中爬行,能够越过不高于6 mm的障碍,对管道检测机器人的设计与研究具有重要的参考价值。

蛇形供水管道机器人头部结构设计与运动学分析

管道机器人被广泛应用于管道检测领域,为观测小口径带压供水管网的内部情况,检测漏水点,设计了一种小体型的蛇形管道机器人头部结构,不仅有着良好的防水抗压效果,且该结构引入连续体机器人的特点,采用绳驱柔性体和关节旋转的配合动作来进行姿态变换,使得机器人头部运动更加灵活,能够在150 mm~300 mm的小口径自来水管道中自由移动,有着广泛的可达任务空间;运用等效D-H方法建立机器人的运动学模型,计算出其正、逆解析表达式,并使用蒙特卡罗法在Matlab中绘制出机器人头部的可达任务空间图,最后将设计的虚拟样机模型在Adams仿真软件中进行仿真分析;运动学分析和虚拟样机模型的仿真分析结果表明,所提出的管道机器人头部结构设计方案合理可行,满足应用设计需求。

一种流体驱动式管道检测机器人的结构设计与优化

为解决某一小口径服役中的长输管道漏点的定位问题,设计了一款以柔性材料制作塑封层的流体驱动式管道检测机器人。通过流压及管道内径变化判断并定位漏点,分析了推动机器人所需的压差与检测速度的关系,以最小压差为条件,提出一种基于确定流体密度的流体驱动式管道检测机器人结构设计。分析了管道对机器人的挤压力为除流体本身外的最大压差来源,对摩擦因数进行了测定,并通过仿真实验得到了机器人受到的压力。以此为条件,基于响应面法对机器人进行优化设计。在经过优化设计后,机器人在管道中受到的最大挤压力与机器人前后压差均减小了98.42%,平均速度提升了7.1%。实验结果表明:机器人在此长输管道中可完全实现悬浮态的平衡,从而最大程度地降低摩擦的影响,提高检测速度,缩短检测所需时间。使用双层锥角支撑设计塑封层的外部结构,可以使机器人在较小压差作用下前进,并对管道中的漏点进行检测。

埋地管道检测技术现状与展望

定期对埋地管道进行检测有利于管道的维护管理和完整性评价。对埋地管道常用的外检测和内检测技术进行了综述,包括用于管道缺陷检测的超声检测、涡流检测、漏磁检测和视觉检测,以及用于管道变形检测的通径检测法、超声波法、激光三角法、环形光投射成像法等。阐述了各检测方法的基本原理,总结了各自的优势与局限性,为检测技术的选择提供了有效参考。梳理了埋地管道检测技术的发展现状,特别是电磁超声、漏磁、视觉内检测技术的新进展,分析了管道检测的发展趋势,并给出了一些技术难点的解决思路。目前的研究热点表明,埋地管道检测技术正在朝着复杂化对象的检测新方法、缺陷定量化、检测数据可视化的方向发展。

一种自主式小型浅水水下管道巡检机器人的研制与试验

针对浅水水域机器人的姿态平衡、运动控制、信息获取及工作环境多变等难题,文中研制了一款能够沿水下管道自主运动、检测管道上的吸附物、发出警报并对吸附物移除及回收的小型水下机器人。采用Arduino Mega 2560集成芯片作为核心控制器,开发了管道巡线、图形识别和回收装置驱动等模块的外围电路,制作了实物样机。实景试验表明:所研制的机器人能够完成460~530 mm深度水下管道的巡检作业。

一种主动变径管道检测机器人的设计与样机验证

为提高工作效率并节省人力物力,机器人被广泛应用于管道检测任务。本研究基于管道检测机器人需要躲避障碍物和适应不同管径的需求,设计了一种新型空间二自由度支链结构,并建立了支链末端中点的运动学模型。通过协同控制3条支链,可重构管道检测机器人的机械结构,从而可实现适应不同内径的管道和通过存在障碍物管道的功能。同时,本研究建立了机器人弯管转向的轨迹模型并求出了机器人弯管转向的运动规律。最后研究了管道检测机器人的避障方式并分析了机器人的避障能力。还使用ADAMS软件对避障运动进行了仿真,并基于仿真结果比较了两种避障方式。仿真结果表明:这两种避障方式都可实现避障的功能,但在避障过程中机器人的稳定性稍有不同。本研究使用3D打印技术制备了管道检测机器人样机,并对该样机的弯管转向功能、避障能力和在竖直管道中攀爬的功能进行了实验验证。实验结果表明:该机器人具备一定的避障功能,还能够成功地通过弯管并且能够攀爬竖直的管道。